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基于LG的问题解决学习活动设计  

2010-10-14 22:47:51|  分类: 教科研成果 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要:通过解决问题来学习的思想由来已久,而在社会转型的今天,如何有效进行问题解决学习更具实践意义。本文借鉴“学习环”(learning cycle)的思想,以“理解”为核心构建了识别,表征,建构,执行”问题解决学习的四个阶段,据此构思问题解决学习活动设计,并以实例阐述具体的设计与实施。

关键词:问题解决;学习环;学习活动;活动设计

问题解决学习作为一种学习理念,自古有之,其思想可以追溯到古希腊的苏格拉底的“助产术”。我国孔子也曾说过:“不曰‘如之何,如之何’者,吾未如之何也已矣。”二位哲人其实表达了同一个思想,即强调学生不能死读书,要学会自主获取知识、应用知识、解决问题。而当社会从工业化社会转向信息社会,鼓励知识创新、培养创新人才成为了信息社会的历史使命,强调知识的建构性、复杂性、社会性、情境性、默会性等的新的知识观使得问题解决学习得到空前的关注。对于问题解决学习活动的设计,涉及三个核心要素:人、活动、资源及其关系。本文从教学角度以“问题”为中心来思考相关知识结构,而后通过问题学习的“学习环” (learning cycle,简称LC)来构思学习活动设计,在此过程中分析学习需求,据此设计整合认知工具与资源。整个设计过程并非线性,而是在设计和实施时自上而下和自下而上的交互过程。

一、学习环概念的提出

“学习环(learning cycle)”这一概念源于20世纪50年代末60年代初美国的科学课程改善研究(science curriculum improvement study,简称SCIS)项目。作为首次开发出来的一种科学教学策略,“学习环”分为探究、概念引入、概念应用三个阶段。随着SCIS项目的成功实施,许多科学教育者将“学习环”模式作为一种有效的教学和课程发展模式,并对其基本模式进行了相应的修订和发展,使之日益完善。纳斯鲍姆和诺瓦克(Nassbaum & Novick)根据建构主义思想,提出了三步教学模式,以此来实现促进学生错误观念转变的学习。修森 (Hewson)在回顾了关于科学学习的研究基础上,强调“教学策略的关键在于帮助学生克服他们天真的、不适当的构想”[[1]]。莱弗里纳和缪勒(Riverina&Murray)提出了五阶段学习与教学模式,成为学习者发展概念提高其理解水平的必要途径。而美国生物学课程研究(BSCS)的主要研究者之一的贝比(R.Bybee)开发出了“5E”学习环模式(The 5E’sLearning Cycle model),布朗克则(Blank)将元认知成分引入学习环,并命名为“元认知学习环(MLC)”。

虽然学习环概念没有统一的界定,但遵循“学习环”思想提出的多样的教学模式,却具有一些共同点。首先,它们体现了“以学生为中心”、“以活动为中心”的价值观。其次,尽管他们的阶段或环节各异,但是“探究”是“学习环”框架中必不可少的环节。更重要的是,“学习环”是由学生的探究性学习活动组成,因此,作为对学习活动的一种设计,探究性的活动成为“学习环”设计的核心。

二、问题解决学习环(PBLC

如上所述,学习环(learning cycle)所代表的是一种学习活动的过程,本质上是探究性的,其认识论所关心的不是“知识”,而是“认知”,是对有问题的情景所做出的改变行动,是一种问题求解的过程。因此,我们由“学习环”转向“问题解决学习环”。对此,有研究者提出问题解决环(problem-solving cycle)概念[[2]],把问题解决过程划分为7个阶段:问题确认、问题界定、建构问题解决策略、组织关于该问题信息、资源分配、监测问题解决和评估问题解决。学者Cindy E. Hmelo-Silver则提出PBLC(problem-based learning cycle),即由问题情境(Problem scenario)、识别事实(Identify facts)、产生假设(Generate Hyotheses)、确定未知(ID Knowledge Deficiencies)、应用新知识(Apply New Knowledge)、抽象概括(Abstraction)、评价(Evaluation)等阶段组成。这些学习环重点在于将学习者置于问题情境中,使学习者原有认知结构与新知识造成认知冲突,以此引导鼓励学生进行自我求解、管理与认知调适。本文结合基克(M.L.Gick)等人基于认知理论创建的“四段式”问题解决模型,并吸收建构主义的观点,以“理解”为核心构建了“识别,表征,建构,执行”问题解决学习的四个阶段,如图1所示。

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 图1 问题解决学习环设计

杜威曾经说,“事物被用来作为手段去得到某种结果(或者作为防止发生不希望有的结果的手段),或者我们为达到某种结果,而去寻找手段,这时,事物便取得了意义。这种手段——结果的关系是各种理解的中心和核心。”[[3]]问题解决学习在于培养学习者的解决问题的能力,是将各种概念、原理放在某种完整的任务中去理解。这样习得的知识更加灵活,更能适应不同的情境,更具有迁移价值。[[4]]因此,“关键的问题是学生们如何理解控制得出结论的陈述性原则以及理解的程度”[[5]]。所以图中的问题解决学习环中强调以“理解”为核心,这种理解不是对重要事实内容的基本理解,而是就涉及到可迁移的、概念性的观念、原理等的深层理解。成功的理解要求掌握知识的核心概念、原理,基本技能的自动化,以及相关策略的有效利用[[6]][[7]]

在识别(identification)问题阶段,主要是确定问题到底是什么,确定主要信息和次要信息,识别的要素包括:事件,现象,性质,数量或状态等,这种信息输入,涉及到感觉记忆(sensory memory),短时记忆(short-term memory) 和长时记忆(long-term memory),其中具体的认知作用的发生如:信息的选择过滤(filtering),输入及表征(representation)等。

在表征(representation)问题阶段,是对问题本身的理解与表述,将任务转换为内部心理表征。同样牵涉到短时记忆和长时记忆,主要是分析(analysis)、编码(encoding)的过程。在这历程中,学习者必须采用合适的方式表征问题,如抽象的或者是具象,可以是语义的也可以是表象的;可以在头脑中编码,也可以利用工具。但是我们要知道,不同的表征方式影响着问题解决的难度,所以如何帮助学习者建立问题的适宜的表征方式是关键,这个涉及到前一阶段对信息的筛选,有关问题类型的知识等。

在建构(construction)模型阶段,是对问题空间进行表征,通过选择和映射问题的特殊关系来完成内在建构,寻求解答。包括匹配(match),搜索(seraching),重构(reconstruction)等。这一过程中,学习者要将搜索得到的片段知识(已有图式)与将要学习的知识、技能和概念、原理进行匹配、重新构建,纳入到更广泛更有意义的知识脉络之中,形成一个适应问题要求的新的解决方案。其中包含对问题中介状态的表征,也就是问题解决路径的搜索,涉及到各种探索策略。

在执行(implementation)阶段,也就是尝试解答问题,实施前一阶段所寻求到的解法。迁涉到短时记忆及长时记忆。

以上观点,主要是指出问题解决学习过程中有关认知的一些重要过程,同时也反映学习者、学习活动、学习内容和学习资源、环境间的相互关系。需要指出的是,在此学习环中,没有单独列出反思评价阶段,不是将其与学习过程割裂,而是认为反思评价是渗透在整个学习环中,不仅仅是终结性评价,同时也形成性的评价。由识别,表征,建构,执行组成的“学习环”学习活动设计,是立足于支持知识的理解和建构,提供有利学习者识别问题的情境和支持其主动思考、分析、假设和建构的学习环境。

三、基于PBLC的学习活动设计

基于PBLC的学习活动有三个核心要素:人、活动序列、资源(环境),其设计目的在于利用三者的动态关系,促进学习的有效发生。结合新课标人教版八年级上第十四章“轴对称”,借“诊断”思想,具体阐述设计过程。

安纳·斯法德(Anna Sfard提到,大部分学生对于一个崭新概念学习的第一步都是从实际的情境出发,并经由内化(interiorization)、凝化(condensation)、固化(refication)三个阶段掌握一个概念。而“轴对称”是一个用运动发生方式定义的概念,其内涵和外延会随着学习者的认知发展和概念发展而发生深化、广化、组织化和抽象化。所以从这个角度思考,要让学生在解决问题中学习有关“轴对称”的知识和技能。在数学中几何极值问题,反复出现的数学问题,归根结底是两点间以直线为最短原理的引申,而起关键作用的则是对称点的运用。所以本次学习主要加强对轴对称性质的理解,选择了极值问题,可以反映出对轴对称性质的掌握的灵活程度和理解程度。这样一来,一个原理,一个方法,可以串起相关的问题链。在此基础上,将知识点与现实世界联系起来,为提供学习活动的情境。本次设计选取虚拟情境——模拟真实情景,让学生扮演工作情境中的角色:

你是学校规划处的工作人员,一天接到一个任务。学校校区扩建,在人工河的一侧建了新的教学楼和宿舍楼。教学楼离人工河800米,宿舍楼离人工河200米,同时教学楼与宿舍楼相距1000米。考虑到之前的食堂离新的教学楼和宿舍楼距离较远,不方便学生节约时间,现学校决定在人工河边选一点重建食堂。请你选择经济合理的设计方案。

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2 “轴对称”问题情境

下一步,是学习环的具体设计,不仅要设计活动序列,还要解决相关资源环境与工具如何设计的问题,也就是如何将这些支持有效融入识别,表征,建构,执行等的问题解决学习环设计,激活学生原有认知,利用脚手架支撑引导其把实际问题抽象或转化为几何模型来解决问题,建构出“轴对称的相关心智模式。

(一)识别问题

L

A

B

R

?


    初中生处于形式运算阶段,大多数归纳推理能力强,但往往不能很好地提取周围相关的感性材料。所以我们利用支架策略,利用多媒体展示,把问题转化为“在河边找一点 R,使R到教学楼(点A)及宿舍楼(点B的距离之和为最小”。进一步,将问题情境中的人工河抽象成直线,教学楼与宿舍抽象成两点,则问题转化为:如图3已知直线LAB两点在直线的同侧,在直线上求一点R,使AR+BR最小。

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3  问题转化

(二)表征问题

正确的表征方式有利于问题求解。这一环节可采用视觉化支持,引导学生分析。

1、利用几何画板的动态性引导学生表征问题。如何寻找这一点R?在这一寻找探究过程中,教师帮助学生减弱条件,退一步想问题,研究点AB在小河异侧的情况。

师:AB是直线L两侧的点,现要在L上作出一点R,使ARRB为最小,怎么办呢?请同学们作出点R

生:连结AB,设其交直线L于点R,则点R即为所求。

师:为什么?

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 图

4  AB在小河异侧

此时,学生通过操作几何画板动画,发现当R点与线段线AB与直线L(小河)的交点R’重合时候,为所求点,直线L上其余点R总使ARRBAB,即AR’R’B最小。

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5 利用几何画板分析证明

生:两点之间线段最短,通过几何画板可以验证。

2、引导学生将问题情境中的“同侧”转化为“异侧”来研究。在此过程中,学生可以小组讨论方如何转化。

师:对,很好。那么我们现在怎么解决AB点“异侧”呢?

生:在相关工具支持下,探究如何转化

提供相关支持性工具,引导学生利用轴对称的性质将“同侧”转化为“异侧”。

1)动画演示;

2)让学生自己动手折纸操作;

3)联系费尔马“光行最速原理” 光学性质阅读材料(物理镜面反射);

4)经典案例“将军饮马”。

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6  折纸演示

(三)建构模型

从实例中建立一类问题的解决模型,是建立在已有心智模型基础上的。那么,我们可以集合回忆策略、建模策略、交流策略、合作策略等,通过对分析相关案例激活原有的认知结构,观察课件等验证假设、总结规律,把最短距离问题归结为对称问题,同时利用3、利用即时通讯功能对学生提出的疑问进行及时反馈。

通过小组讨论探究发现, AB原来在直线L两侧,经过对称变化,AB两点在同侧,反之展开,AB两点就变成L的两侧。由此得到启发建模:由轴对称的性质1可以知道,对称轴是对应点连线的垂直平分线,即相互对称的点到轴上任一点的距离相等。因而,当考虑某一点和轴上的点之间的距离时,这个点可以用它的对称点来“代换”。

将小河模拟为x轴,建立直角坐标系(图7),确定教学楼与宿舍楼的坐标。可以设置教学楼点A坐标为(08),但是宿舍楼B点如何确定?这时,要求学生回忆两点间距离公式,可求得宿舍楼所在点B坐标为(82)。通过作图找到B点关于X轴的对称点B’,连接AB’X轴于点R。根据上面AB在小河异侧的分析知道,AB’距离最短。根据对称性质得知,RB=RB’。所以AR+RB’是所有路径中最短的。R点就是所求点。

 进一步,确定R点坐标(图8)。利用相似三角形的相似比(相似系数) |OR|/|B”B’|=|AO|/|AB”|,求得|OR|=6.4,所以R点坐标为(6.40)。最后根据问题,转化成实际位置。

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7 建立坐标                     

 

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  8 利用几何画板求解

(四)反思评价

小组回顾刚才的探索验证过程,讨论总结 “同侧作对称点,异侧即相连”的解决步骤,抽取关键字:转化、平移、两点间线段最短、作对称,建立相关几何模型。评价方式主要是形成性评价,采用概念图以及电子档案袋等。

(五)变式运用,促进迁移

学生能解决某一具体问题,但过渡到解决一类问题存在障碍。因此执行解决不仅仅是既定的某一情境问题,更重要的是在其他复杂情境中能抽丝剥茧,真正获得问题解决的能力。因此,在这一阶段,主要是在变式情境策略下,将原问题进一步深化,促使学生利用前述建构的“几何模型”,促进其迁移能力:如果学生从宿舍楼到食堂,出了食堂以后,再沿河岸走去m千米的学生活动中心,要使路线最短,食堂应在何处?

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 图

9 问题深化

四、结语

问题解决学习是以问题为载体,“让学生围绕问题展开知识建构过程,藉此过程促进学生掌握灵活的知识基础和发展高层次的思维技能、解决问题能力及自主学习能力。”[[8]]问题解决学习环是在“学习环”基础上发展而来的,展示的是以探究为中心的教育理念,具有深刻的借鉴意义。PBLC的学习是对知识经济的迎合,这不是表面的热闹,流于形式的理念,更重要的是如何灵活运用于实际教学,达到学习与绩效的双赢。

注:本文获得江苏省第七届“蓝天杯”中小学教师优秀论文评选二等奖)



参考文献

[[1]]袁维新,吴庆麟.关于学习环模式的研究综述[M].心理科学,200730(3)632-635

[[2]]Sternberg R J. Cognitive Psychology. Ted Buchholz Publisher, 1996

[[3]]杜威著,姜文闵译,我们怎样思维经验与教育[M].人民教育出版社,1991122

[[4]]GabrysG.,WeinerA.&LesgoldA.1993.Learning by problem solving in a coached apprenticeship system. InM.Rabinnowitzed.Cognitive science foundations of instruction. Lawrence Erlbaum AssociatesInc.

[[5]]转引罗伯逊著,张奇等译.问题解决心理学[M].北京:中国轻工业出版社,2004.9238

[[6]]ByrnesJ.P..Cognitive Development and Learning in Instructional Contexts.Boston:Allyn and Bacon,1996

[[7]]Mayer, R.E..The promise of educational psychology:learning in the content areas.Upper Saddle River.NJ:Merrill/Prentice Hall,1999

[[8]]李凌雁.对问题式学习模式的研究与探讨[J].大同职业技术学院学报,20063):48

 

 

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